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"Procédé de production de métaux par réduction de leur: composés, en particulier de ceux du type oxydique, à l'aide de charbon".
Demande de brevet autrichien en sa faveur du 12 Décembre 19
L'invention concerne la réduction de composés métalliques,en particulier de ceux du type oxydique, par chauffage d'un mélange intime de la matière à réduire avec des agents de réduction comportant du carbone, jusqu'à des températures supérieures au point d'ébullition du métal à obtenir à la pression d'opération (pression réduite, pression atmosphérique ou surpression).
A titre d'exemples principaux on citera: la production du zinc ou du zinc et du cadmium, à partir de minerais oxydiques ou de produits métallurgiques de nature oxydique, et en particulier la production de magnésium à partir de magnésie grésifiée ou de mélanges de MgO et de CaO ,comme ceux que fournit la dolomite calcinée à la température de concrétion.
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Le principe de l'invention consiste introiuire la char cOllti:.1\le':"le.llBTIt dents 1= C:13;lbr? '7 :e';,'¯¯lCti 0TI chauffée sous forme de petites portions uniformes se succédant régulièrement, la @uantité de métal contenue @ans l'unité de charge,la proportion de l'agent de réduction, le
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rythme de l'arrivée et l'apport de chsieur élan.;:
as co ries entre eux de façon qu- le ¯:.é38,gene.J.t des prolui-ss Le la réaction gazeux et vaporeux à partir 'le la charge ait lieu approximativeinent suivant le rythme le l'arrivée de celle-ci, c'est-à-dire sans aooufaulat3rn appréciable de char à#-is ls, chambre de réduction.
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Les opérations de réduction, oui ne Jcr?t pra-tioa- bles économiquement des températures supérieures au point d'ébullition du. métal, de sorte que le métal est obtenu, non à l'état liquide, mais à l'état de vapeur,sont effectuées jusqu'ici principalement dans de.: cornu-- s et moufles de capacité relativement petite et de façon interrompue (périodiquement ).
Malgré de nombreux essais, le problème consistant par exemple à réduirel'oxyde de zinc en zinc métallique au moyen de fours à réverbère,de fours , cuve ou de cornues verticales en service continu
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nez. pas encore été résolu de façon s8.tis2.::sc::te du -ooint de vue tée¯'Liu# . Un mode opératoire 1=iî#iter=>c=:-p.i 11 T '3 :pu être obtenu que par voie éleetrothermigue. Toutefois,les grands avantages de ce procédé sont accompagnés par le
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grands inconvénients, en par-ci entier la réoxtic1 i8 lr valeur 1-> ziie e. o=: <ir de zi:a-l pa# le 00 formé (en t-nt que ce dernier n'est pas réduit t ar .J en Jc 8.--. C0'V.:' :le 1 T ouéra.'ti,:m) .
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Les essais consistant 9 produire du magnésium par réduction d'oxyde de magnésium ou de minéraux qui en fournissent, à l'aide de charbon, ont été faits exclusivement par voie électro-thermique. A cet effet on a proposé de comprimer les matières de départ avec du charbon pour en faire des électrodes entre lesquelles l'arc électrique jaillit, ou de chauffer un mélange des matières de départ avec du charbon par chauffage électrique à résistance.
Toutefois,comme le magnésium métallique est vivement oxydé déjà à des températures peu inférieures à la température de réduction,non seulement par l'anhydride carbonique-mais aussi par le monoxyde de carbone,qui est produit en quanti- tés équi-moléculaires dans le cas où la réduction est effectuée par du charbon, ces efforts,qui remontent très loin,n'ont pas eu de succès jusque dans ces derniers temps ; malgré la réalisation de la réduction dans un courant de gaz inerte ou réducteur,la réoxydation du métal et les difficultés qui en résultent pour la condensation des vapeurs de magnésium sont restées pendant des dizaines d'années un obstacle insurmontable.
Ce n'est qu'un procédé mis au point dans l'établissement de la demanderesse qui a apporté un remède en maintenant les produits de la réaction gazeux et sous forme de vapeur,jusqu'à la sortie de la chambre de réaction à une température assez haute pour que l'équilibre de la réaction Mg 0 + C #Mg + CO soit pratiquement déplacé à droite après quoi les produits de réaction,au moment de leur sortie de la chambre de réduction chaude, sont dilués par un apport de quantités considérable;
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de gaz inertes ou réducteurs froids et en même temps rapidement refroidis jusqu'à une température à laquelle le magnésium métallique et le monoxyde de carbone sont stables l'un en présence de l'autre.
Le procédé en question introduit dans l'industrie un mode opératoire continu approprié pour les opérations thermiques et electrothermiques du enre indiqué. En même temps ce procédé a le grand. avantage que dans la zone de réduction l'inversion des réactions d'équilibre du type général
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est évitée d'une manière très simple et efficace par une maîtrise parfaite de la température de réduction.
Gomme les vapeurs métalliques qui se forment et les produits gazeux de la réaction sont dégagés presque instan- tanément de chaque petite quantité partielle de la charge entrant une à une dans la chambre de réduction chaude, toute fluctuation de la tempéra,tare du four est impossible.
Les difficultés rencontrées dans la zone de condensation ont conduit récemment,dans la production du zinc, à favoriser par un refroidissement rapide la conden- sation de la vapeur du zinc en forme pulvérulente tandis qu'autrefois la formation de poudre fut évitée autant que possible. En général on opère presque toujours maintenant en deux phases de travail,en produisant d'abord du zinc A
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sous forme d'un produit pulvérulent,contenant le moins d'oxygène possible,puis en détruisant la pellicule' d'oxyde, dans la poudre ainsi obtenue,par un mouvement mécanique (agitation, secousses) dans une atmosphère neutre ou inerte et en causant ainsi que la poudre se réunisse en du zinc en fusion.
Dans le domaine de la réduction électro-thermique de magnésium la condensation des vapeurs de magnésium en un produit pulvérulent n'a été effectuée autrefois que pour obtenir cette poudre (qu'on jugeait incapable d'être réunie par fusion) comme produit final et ceci même ne fut considé- ré possible que lorsque le monoxyde de carbone fût entièrement exclu; des produits de réduction, ce qui en particulier a lieu dans le cas où la réduction est effectuée ayee emploi d'autres agents de réduction que le carbone.
Sous ce report également les recherches et les essais entrepris par la demanderesse ont constitué un tournait décisif, en faisant ressortir le fait inattendu que la réduction de l'oxyde de magnésium au moyen de charbon est practicable malgré la formation de quantités équi-moléculaires de CO, pourvu que les vapeurs de magnésium soient condensées sous forme pulvérulente par refroidissement rapide jusqu'à une température endessous du point de solidification du magnésium métallique.
De plus on a trouvé qu'en contradiction directe des constatations faites antérieurement, une coalescence de cette poudre peut être causée par chauffage ou distillation.
Aussi pour l'exécution du dit procédé de réduction, réalisé avec condensation systématique des vapeurs de métal
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dégagées en poudre de métal,le présent procédé selon l'in-
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vention représente un perfectionnement sensible en compa- raison avec les anciens modes opératoires.
Grâce au fait que la charge est introduite continuellement, mais par in- termittences à intervalles réguliers,en petites portions pour égales qui sont réduites 1 ainsi dire instantanément dans le four ,un.courant constant de produits de la réduction, gazeux ou sous forme de vapeur, sort de la chambrede ré- duction, de sorte qu'on n'a pasbesoin, pour maintenir des conditions de condensation entièrement invariables, d'adap- ter l'effet refroidissant, par exemple d'adapter la quanti- té à ajouter de gaz diluant et réfrigérant aux variations de débit de l'opération de réduction.
Lorsque la Quantité de gaz réfrigérant est une fois réglée par rapport à la quantité de produits de réduction,gazeux ou sous forme de vapeur,dégagés dans l'unité de temps,aucun autre réglage n'est nécéssaire pour maintenir sûrement un fonctionnement parfaitement uniforme.
Les matières de départ contenant sous forme d'oxyde le métal qu'il s'agit d'obtenir peuvent être sou- mises directement à la réduction. Les matières de départ contenant des carbonates ou sulfures du métal sont générale.. ment calcinées ou grillées au préalable. Quant aux minerais oxydiques ou minéraux et produits métallurgiques de nature oxydique, il faut également les soumettre à un chauffage préalable,comme cela se fait autrepart aussi, lorsquTils contiennent de l'eau ou d'autres matières étrangères vola- tiles. Conformément à un mode préféré de réalisation de l'invention, la charge est introduite sous forme de petites briquettes qu'on jette dans la chambre de réduction chauffée
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à haute température.
Les briquettes sont moulées et cuites comme d'habitude à partir d'un mélange de la matière fine- ment pulvérisée contenant l'oxyde métallique avec du carbon finement pulvérisé, par emploi d'un liant se carbonisant à chaud. Si l'on utilise,pour faire les briquettes,un liant se carbonisant rapidement ,par exemple du brai de goudron, les briquettes peuvent être introduites non cuites dans la chambre de réduction pourvu qu'elles soient libres d'eau et de matières étrangères volatiles.
Lorsqu'on traite des matières de départ assez riches en métal à obtenir par réduction,c'est-à -direne contenant qu'une quantité relativement petite de matières étrangères non volatiles à la température de l'opération, le procédé présente encore cet autre avantage qu'au déchire ment explosif des portions de la charge par les vapeurs métalliques et les gaz formés subitement,les matières d'accompagnement non volatiles (telles que le fer, l'alumi- nium,le calcium, le silicium sous forme de Fe, Al4C3, CaC2 et Si) sont entraînées par ces vapeurs et gaz dégagés'de sorte qu'elles quittent la chambre de réduction sous forme de fine- nuages de poussière simultanément avec les produits de la réduction sous forme de gaz et de vapeur.
Ceci est le cas par exemple lorsqu'on part de magnésie grésifiée, contenant en moyenne de 80 à 90 % de MgO. Ce phénomène est favorisé lorsqu'on effectue la réduction dans un courant de gaz inerte ou réducteur. Le procédé effectué suivant ce mode opératoire présente encore l'autre avantage très con- sidérable que la réduction a lieu sans laisser de résidus flou de scories dans la chambre de réduction. Les matières
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d'accompagnement non volatiles entraînées sont avantageu- sement séparées du métal à obtenir,ou avant la condensa- tion des vapeurs métallisés produites par la réduction,ou après la condensation.
La chambre de réduction peut être chauffée in- directement ou par chauffage intérieur électrique (chauf- fage à résistance ou à l'arc ou chauffage combiné à l'arc et à résistance),et dans l'état actuel des choses il semble avantageux que la charge elle-même ne participe pas au passage du. courant. Si la réduction est effectuée sous une pression en-dessous ou au-dessus dela pression atmosphéri- que la charge est introduite dans la chambre de réduction par une écluse. Un dispositif propre à l'exécution du procédé est représenté dans les dessins, en élévation laté- rale et partiellement en coupe.
Dans le ciel du four électrique l'qui est muni d'un chauffage à l'arc, débouche un tuyau 2 dont l'extrémité supérieure est reliée à un transporteur à godets. Dans l'exemple représenté ce transporteur est constitué par un plateau 4 portant des godets 3 et s'engageant par une partie dans un réservoir 5 contenant des briquettes. Les briquettes tombant des godets dans le tuyau 2 sont obligées de traver- ser une écluse comportant deux organes de fermeture en forme de plateaux 6 et 7. Le mouvement des organes de fermeture est assuré par deux systèmes de leviers 8 et 9 commandés par des excentriques 10 et 11 de façon que l'un des organes de fe@meture ferme le passage avant que l'autre commence à s'ouvrir.
Le bout inférieur du tuyau 2 est pourvu d'un tuyau
19 destinée l'apport du gaz. n <::>
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Le canal de sortie du four comporte une enveloppe réfrigérante 12 et communique par un tuyau 13 avec une installation de filtrage 14. Un cylindre 15 refroidi par de l'eau est monté dans l'axe central du canal de sortie, 16 sont des ajutages dans le cylindre par lesquels sort du gaz réfrigérant et diluant.
Les briquettes tombent du transporteur à godets une à une, à intervalles équidistants, chacune d'elles étant recueillie par le plateau 6. Dés que le plateau 7 est arrivé à la position de fermeture,le plateau 6 dégage l'ouverture,la briquette tombe et est recueillie par le plateau 7, qui commence à passer à la position d'ouverture des que le plateau 6 est retourné à la position de fermeture. La briquette tombe alors dans le four. Un gaz non oxydant est introduit par le tuyau 19, pour servir de ' véhicule et pour empêcher en même temps que les produis de réduction sous forme de gaz et de vapeur qui sont développés dans le four montent par le tuyau 2.
Ces produits de réaction sous forme de gaz et de vapeur s'échappent en entraînant les matières pulvérulentes non volatiles qui sont contenues dans la charge par le canal de sortie ,où ils sont dilués etrapidement refroidis par des gaz froids, inertes ou réducteurs,sortant par les ajutages 16. La poudre de magnésium est séparée dans l'installation de filtrage 14, tandis que le gaz débarrassé du magnésium est évacué et , après un épuration convenable,réintroduit dans la circulation.
La nature et l'arrivée de la charge sont réglées de façon que le laps de temps que s'écoule entre l'intro-
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d'action de deux briquettes dans le four corresponde approximativement au laps de temps nécessaire pour que le dégagement les produits de réaction gazeux et vaporaux à partir d'une briquette soit achevé. On empêche ainsi toute accumulation de la charge dans le four.
REVENDICATIONS.
1.) Procédé de production de métaux par réduction de leurs composés, en particulier de composés de nature oxy- dique, à l'aide de charbon par chauffage d'un mélange in- time de la matière avec des agents de réduction contenant du carbone, à des températures supérieures au point d'ébullition du métal à obtenir, caractérisé en ce que la charge est introduite continuellement sous forme de petites portions uniformes se succédant régulièrement, dans la chambre de réduction chauffée indirectement ou par chauffage intérieur électrique,la quantité de métal contenue dans l'unité de charge,la proportion d'agents de réduction,
le rythme de l'arrivée et l'apport de chaleur étant accordés entre eux de façon que le dégagement des produits de la réaction gazeux et vaporeux à partir de la charge élit lieu approximative ment en accordance avec le rythme de l'arrivée de celle-ci, c'est- à-dire sans accumulation appréciable de charge dans la chambre de réduction.